הסיב מקשיב, הכנרת מספרת

"שירי לי כנרת שיר מזמור ישן..."

אנחנו רגילים לשמוע את הכנרת דרך שירים. אבל מה אם היינו יכולים להקשיב לה בדרך אחרת? מה אם היא הייתה חולקת איתנו מידע, מעבר לשירים – מידע כמו רעידות קטנות בקרקעית האגם, תנועות של מים ושינויי טמפרטורה?

ובכן, עכשיו זה אפשרי.

צוות חוקרים בראשות פרופ' אריאל ללוש מהחוג לגיאופיזיקה באוניברסיטת תל אביב וד"ר שקד שטיין מהמכון לחקר ימים ואגמים לישראל (חיא"ל), המכון לחקר הכנרת ומדעי המים, מצא דרך להפוך סיב אופטי באורך כ־14 ק"מ למעין אוזן ענקית הפרושה על קרקעית האגם.

הסיב מאפשר לחוקרים להאזין למתרחש לאורך חלקים נרחבים מקרקעית הכנרת: מתנועות ותנודות הקשורות לפעילות סייסמית ועד לתהליכים המתרחשים במים שמעליו.

 בתוך האגם, מתחת לקרקע

הכנרת ממוקמת בלב מערכת טרנספורם ים המלח, חלק ממערכת השברים הפעילה באזורנו. לאורך ההיסטוריה חווה האזור רעידות אדמה שפגעו ביישובים שסביב הכנרת.

אלא שחלק מההעתקים הפעילים נמצאים מתחת לקרקעית האגם. עבור החוקרים, זו בעיה לא קטנה: איך ממפים מבנים גיאולוגיים שאי אפשר לראות ישירות, ואיך עוקבים אחר הפעילות הסייסמית באזור?

כיום נעשית מדידת רעידות אדמה באמצעות תחנות סיסמיות – מתקנים נפרדים שמודדים ורושמים את תנודות קרום כדור הארץ. למרות יכולתן המרשימה, התחנות מפוזרות זו מזו במרחקים של קילומטרים, ולכן הן מספקות מידע ממספר מצומצם יחסית של נקודות.

הסיב האופטי מאפשר גישה שונה לחלוטין: במקום כמה נקודות מדידה, אפשר לקבל מידע רציף וצפוף לאורך מסלול של קילומטרים.

המשמעות היא אפשרות למפות טוב יותר את הפעילות שמתחת לקרקעית, לזהות רעידות קטנות וללמוד יותר על ההעתקים הפעילים – מידע שיכול לשפר את ההבנה של הסיכון הסייסמי באזור הכנרת והיישובים שסביבה.

 מי הזיז את הסיב שלי?

במרכז שיתוף הפעולה בין אוניברסיטת תל אביב לחיא"ל נמצא סיב אופטי, שמטרתו המקורית היא להעביר אור. אבל כאשר הסיב עצמו זז או מתעוות מעט – למשל בעקבות רעידת אדמה, גל או תנועת מים – האות האופטי שעובר בו משתנה.

המערכת יכולה לנתח את השינויים האלה ולזהות היכן לאורך הסיב התרחש האירוע ומה הייתה עוצמתו.

והנה החלק המעניין: הסיב לא מתפקד כחיישן אחד. להפך.

סיב באורך 14 ק"מ יכול להתנהג כמו מערך עצום של חיישנים רציפים, עם נקודות מדידה במרווחים של מטרים בודדים זו מזו. בניגוד לכך, התחנות הסיסמיות הרגילות מפוזרות במרחקים של קילומטרים זו מזו.

במילים אחרות, במקום כמה מיקרופונים שמפוזרים בחדר, דמיינו שטיח של מיקרופונים שמכסה כמעט את כולו.

כך הופכת קרקעית הכנרת למרחב שאפשר להקשיב לו ברזולוציה גבוהה בהרבה מזו שמאפשרות מערכות מדידה המבוססות על מספר מצומצם של תחנות.

אבל עוד לפני שהחוקרים יכלו להתחיל להקשיב, הם נתקלו בבעיה. בזמן פריסת הסיב חווה צוות המחקר שיבושי GPS. החוקרים ידעו שהסיב נמצא על קרקעית הכנרת, אבל לא הייתה להם מפה מדויקת של המסלול שבו הונח.

את הפתרון הם מצאו בבעיה עצמה.

בעזרת סירה המצוידת ב־GPS שנעה מעל האגם, הצוות השתמש באותות שהתקבלו מהסיב כדי לשחזר את המסלול שבו הונח הכבל על קרקעית הכנרת. כך יכלו החוקרים לדעת בדיוק רב יותר היכן נמצא כל חלק מהמערך – נתון חיוני כאשר רוצים לקשר בין אות שמתקבל מהסיב לבין המיקום שבו התרחש האירוע.

 סיב אחד, שני סיפורים

הסיב לא נפרס במסלול אקראי.

המסלול תוכנן כך שיוכל לשרת שתי מטרות במקביל: לעבור באזורים שמעניינים את החוקרים מאוניברסיטת תל אביב, ובאותו זמן לחצות אזורים שבהם חיא"ל מנטרת תהליכים סביבתיים.

עבור הגיאופיזיקאים, הסיב מאפשר לחקור תהליכים גיאולוגיים כמו רעידות אדמה והעתקים פעילים.

עבור חוקרי הכנרת, הוא מספק דרך לעקוב אחר תהליכים כמו תנועת המים, שינויים בטמפרטורה והדינמיקה של המים סמוך לקרקעית.

כך, בעצם, הסיב מספר שני סיפורים: סיפור כדור הארץ שמתחתיו, וסיפור הכנרת שמעליו.

אבל החיבור בין שני הסיפורים הוא בדיוק מה שהופך את המערכת למעניינת.

אותו כלי שמאזין לקרקע יכול לספק מידע גם על המים. תנועה של מים, גלים ושינויים בתכונות הסביבה יכולים להשפיע על הסיב וליצור אותות שאפשר לנתח.

במקום להציב מערכת נפרדת לכל שאלה, מקבלים תשתית אחת שמאפשרת להסתכל על שתי מערכות הקשורות זו לזו: האדמה שמתחת לקרקעית והמים שמעליה.

 אז מה הכנרת מספרת?

כעת מבקשים החוקרים לענות על כמה שאלות מרכזיות.

איפה נמצאים ההעתקים הפעילים מתחת לכנרת? איך נראות רעידות אדמה קטנות שאינן נקלטות היטב במערכות הניטור הרגילות? ומה אפשר ללמוד מהן על הפעילות הסייסמית באזור?

מיפוי מדויק יותר של הפעילות עשוי לסייע לחוקרים להבין טוב יותר כיצד השברים באזור פועלים, וכיצד מצטברת ומשתחררת אנרגיה בקרום כדור הארץ.

ומעל לקרקעית יש עוד עולם שלם לחקור.

איך המים נעים? כיצד משתנה הטמפרטורה בעומקים שונים? ואיך משתנים התהליכים האלה בין יום ללילה ובין עונות השנה?

אחד הדברים שמעניינים את החוקרים הוא התרמוקלינה – שכבת מעבר שבה הטמפרטורה משתנה באופן משמעותי עם העומק. מיקום ועוצמת התרמוקלינה מושפעים מתהליכים כמו חימום, קירור וערבול של מי האגם.

המידע שמתקבל מהסיב עשוי לאפשר לעקוב אחר השינויים בתנועת שכבות המים ובתהליכי הערבול המתרחשים באגם, ולסייע בהבנת המחזורים היומיים והעונתיים שמתרחשים בכנרת.

הדבר עשוי לתרום להבנה רחבה יותר של הדינמיקה של האגם ושל השינויים הסביבתיים המתרחשים בו לאורך זמן.

חשוב להדגיש: המערכת אינה חוזה רעידות אדמה.

המטרה בשלב הזה היא להבין טוב יותר את הפעילות הסייסמית – כולל הרעידות הקטנות שמתרחשות בין האירועים הגדולים.

אם לאורך זמן ייאסף מידע רב יותר על הרעידות הללו, על מיקומן ועל הקשר שלהן להעתקים הפעילים, הוא עשוי בעתיד לתרום להערכת הסיכון הסייסמי ולשיפור היכולת לנטר ולהתריע מפני רעידות אדמה.

ומה אם הסיב לא חייב להיות בכנרת?

הכנרת היא המעבדה שבה הטכנולוגיה נבחנת, אבל הרעיון עשוי להיות רחב הרבה יותר.

אם אפשר להפוך סיב אופטי לחיישן צפוף כל כך, המשמעות היא שגם סיבי תקשורת שכבר קיימים יכולים, בתנאים המתאימים, להפוך בעתיד לרשתות של חיישנים.

בערים. לאורך כבישים. בים. סביב תשתיות. ולאורך אזורים גיאולוגיים פעילים.

במקום להוסיף בכל מקום מערכות מדידה חדשות, ייתכן שבעתיד יהיה אפשר להשתמש בתשתיות שכבר נמצאות שם כדי להקשיב למה שקורה סביבן.

זו לא רק אפשרות תיאורטית: מחקרים קודמים של פרופ' ללוש הראו כיצד סיבים אופטיים יכולים לשמש לחישה סיסמית ולספק מידע ברזולוציה גבוהה על המתרחש מעל ומתחת לקרקע.

במובן הזה, הניסוי בכנרת הוא חלק מרעיון גדול יותר: להפוך תשתיות תקשורת קיימות לכלי שמאפשר לנו למדוד את העולם.

פרופ' אריאל ללוש מסכם: 

"הטכנולוגיה שאנחנו משתמשים בה מאפשרת לנו לראות את מה שהיה עד היום כמעט בלתי נראה מתחת לקרקעית הכנרת. לצד המחקר הגיאולוגי, הרגישות יוצאת הדופן של הסיב פותחת הזדמנויות חדשות למחקר סביבתי ולשיפור ההבנה של אחד ממשאבי הטבע החשובים בישראל."

הסיב, אם כן, מספר לא רק על רעידות אדמה ולא רק על מי הכנרת. הוא מספר על המפגש בין האדמה, המים והסביבה.

ואחרי שנים שבהן הסתכלנו על הכנרת מלמעלה, עכשיו יש לנו דרך חדשה להכיר אותה:

להקשיב למה שמתרחש מתחתיה.